TWI553896B - The packaging method and structure of solar cell element - Google Patents

Description

太陽電池元件之封裝方法及其結構

本發明係關於一種封裝方法及其結構，尤指一種應用於太陽能發電領域，將太陽電池之基板使用較輕、較便宜之材料而使太陽電池模組更具競爭力之一種太陽電池元件之封裝方法及其結構。

為了因應太陽發電之市場需求，聚光型太陽電池模組正朝向使用低成本、低碳排放的零組件，以及能自動化的方向努力；但目前各廠商多仍使用金屬材料作為太陽電池陣列的電路承載板，例如重量較輕之鋁板。鋁板之缺點在於製造過程中會產生較多的碳排放，且因為太陽電池模組係設置於戶外環境，金屬材料所構成之基板在壽命的表現上並不良好。

習知技術在使用金屬材料作為基板時，為了延長壽命以及避免漏電的安全性問題，會在金屬材料所構成之基板上方再鋪設一完整的絕緣層作為保護，而後再設置電路於絕緣層之上，如此結構需要耗費較高的製造成本，並且並不能解決零組件之製備過程有高碳排放的問題。

因此，相關產業有考慮改採用玻璃作為基板之材料；而在此技術領域中，中華民國專利號I455327曾揭露一種光伏玻璃、光伏玻璃的製作方法及具有光伏玻璃的太陽能電池模組，其係在玻璃基材上形成成分選自氧化金屬、硫化金屬、碲化金屬或硒化金屬之 凸粒，並利用形成於該玻璃基材上的多數凸粒，將原照射至玻璃中所含的波長較短的光，轉換成為可供光電轉換結構吸收的波長較長的光，以增加太陽能電池模組的光電轉換效率。而中華民國專利號I313149則曾揭露一種電路板模組，其在結構中係具有複數個玻璃電路板之堆疊，以利用相同的熱膨脹係數而控制熱應力的影響。而中華民國專利號I323485則為提供一種半導體在絕緣體上之結構，其具有一個或多個由實質上單晶半導體層(例如含摻雜劑的矽半導體)所構成之區域，其連接至由氧化物玻璃或氧化物玻璃陶瓷所構成之支撐基板，為一種具有玻璃基板之應用形式。

本發明即在排除金屬材料製作基板的需求下，提出一種新穎之太陽電池元件之封裝方法及其結構，以擷取玻璃之優點而將之應用於太陽能發電領域。

本發明之主要目的，係提供一種太陽電池元件之結構，其係使用玻璃材料或是絕緣高分子材料製成之基板作為承載太陽電池及相關電路結構之元件，其利用這些材料較為輕盈、便宜、製程有較低之碳足跡以及與習知製程具有相容性的特性，可降低太陽電池模組在應用時所要克服之重量問題、成本問題之難度，並較為環保，從而提升市場競爭力。

本發明之另一目的，係提供一種太陽電池元件之結構，其在引進使用玻璃材料或是絕緣高分子材料製成之基板時，並不需要使用額外的導線，這種簡潔的結構有助於提升製備時的良率以及具備使用上的長壽命特性。

本發明之再一目的，係提供一種太陽電池元件之結構，其不使用大量的金屬材料作為基板，在太陽電池模組的使用環境原則上為戶外的條件之下，較不會受到水氣的影響而得以延緩硬體設備的劣化速度。

本發明之更一目的，係提供一種太陽電池元件之封裝方法，其係分別製備基板模組以及電池模組之後，再將兩者接合，因此在製程上不需要持續對同一單體作連續加工，工序較為簡化。

為了達到上述之目的，本發明揭示了一種太陽電池元件之結構，其在硬體上係包含：一玻璃或一絕緣高分子所構成之基板，其一表面設置有複數個導電膜；一絕緣層，設置於該基板之上，其係包含複數個穿透孔，該些穿透孔係位於該些導電膜之上；複數個導電層，設置於該些穿透孔，該些導電層之一下表面係與該些導電膜電性連接；以及複數個太陽電池，設置於該絕緣層之上，並與該些導電層之上表面電性連接。

而對於太陽電池元件之結構之封裝方法，則係包含步驟：設置複數個導電膜於一玻璃基板或一絕緣高分子基板之一表面之上，形成一基板模組；設置複數個導電層於一絕緣層之複數個穿透孔，並設置複數個太陽電池於該絕緣層之上，並與該些導電層之一上表面電性連接，形成一電池模組；以及接合該電池模組以及該基板模組，使該電池模組設置於該基板模組之上，並使該些導電層之一下表面與該些導電膜電性連接；其中，製備該基板模組以及該電池模組之順序可為任意。

1‧‧‧玻璃基板

10‧‧‧玻璃表面

2‧‧‧導電膜

21‧‧‧第一導電膜

22‧‧‧第二導電膜

23‧‧‧第三導電膜

3‧‧‧絕緣層

30‧‧‧穿透孔

301‧‧‧第一穿透孔

302‧‧‧第二穿透孔

31‧‧‧陶瓷基板

4‧‧‧導電層

41‧‧‧第一導電層

42‧‧‧第二導電層

5‧‧‧太陽電池

6‧‧‧導電線

71‧‧‧基板模組

72‧‧‧電池模組

S1~S3‧‧‧步驟

第1圖：其係為本發明一較佳實施例之結構示意圖；第2圖：其係為本發明一較佳實施例之結構分解圖；第3圖：其係為本發明另一較佳實施例之結構剖視圖；以及第4圖：其係為本發明一較佳實施例之步驟流程圖。

為使本發明之特徵及所達成之功效有更進一步之瞭解與認識，謹佐以較佳之實施例及配合詳細之說明，說明如後：首先請參考第1圖以及第2圖所示之分解圖，本發明所揭示之太陽電池元件之結構在硬體組成上係包含了一玻璃基板1、一複數個導電膜2、一絕緣層3、複數個導電層4以及複數個太陽電池5。其中，該些導電膜2係設置於該玻璃基板1之一玻璃表面10；該絕緣層3係設置於該玻璃基板1之上；該些導電層4係設置於該絕緣層3之複數個穿透孔30；而該些太陽電池5則係設置於該絕緣層3之上。

本發明於一較佳實施例中，所使用之基板之材料係為玻璃，玻璃於製造過程中，其每公斤產品需要排放1.14公斤之二氧化碳，遠小於鋁材每公斤產品所需要排放之10.10公斤之二氧化碳，因此選用玻璃作為基板材料可以顯著地減少太陽電池模組的碳足跡。而玻璃的密度為每立方公分2.5公克，小於鋁材的每立方公分2.71公克，因此可以減輕太陽電池模組的總重量，意即在相同體積下可減少太陽電池模組支撐結構的負擔，進而減少硬體配置的成本；再者，玻璃本身即具有良好絕緣特性，因此也排除了對基板的絕緣性提升作進一步加工處理的必要性，使產品具競爭優勢。玻璃的選用可為一般玻璃或是強化玻璃。

於本發明之另一較佳實施例中，可使用絕緣高分子為材料所構成之絕緣高分子基板，其因為具有塑膠特性，從而在單位體積之重量、生產成本以及絕緣性質上亦優於鋁材構成之基板，得作為另一種提升產品競爭優勢之材料。

玻璃基板1在其玻璃表面10設置有作為電路之導電膜2，此些導電膜2相互隔離而為串連起不同太陽電池之用。導電膜2可以透過物理或是化學的方法設置於玻璃表面10，並且視電池串聯之需要而可以第1、2圖所示之基礎進行尺寸調整，以增加太陽電池的串聯數量。

絕緣層3之材料可選用氧化鋁(Al₂O₃)或氮化鋁(AlN)等絕緣材而為陶瓷基板之形式，其適用於高溫高濕環境，並具有熱導率高、耐熱性佳、耐腐蝕與磨耗、抗紫外線和抗黃化等特性。絕緣層3可為單一個大面積陶瓷基板或是複數個小面積的陶瓷基板，本較佳實施例係為使用複數個小面積的陶瓷基板組成絕緣層3。如圖所示，任一陶瓷基板分別具有兩個穿透孔30，其係分別用以填充導電層4而導通正極以及負極。

進一步而言，請一併參考第3圖所示之剖視圖，構成絕緣層之其中一個陶瓷基板31具有第一穿透孔301以及第一穿透孔302；而第一穿透孔301以及第二穿透孔302則分別由第一導電層41以及第二導電層42所填充。其中，第一導電層41係用以作為正極，並連通第一導電層41下方之第一導電膜21以及第一導電層41上方的太陽電池5，而太陽電池5再透過導電線6而與作為負極之第二導電層42電性連接，第二導電層42再與其下方之第二導電膜22電性連接。透過相同的結構，相鄰之太陽電池以及第三導電膜23也會因而 構成完整的串聯關係。基於上述結構，對於導電線6而言，任一導電線6係與任一太陽電池5及其相鄰之導電層4電性連接。

換言之，本發明於上述較佳實施例中，係於玻璃基板1之上設置絕緣層3，而絕緣層3包含多個位於導電膜2上的穿透孔30，且這些穿透孔30係可進一步對應於不同之導電膜2之上。本發明係利用這些穿透孔30，使導電層4之下表面與導電膜2電性連接，並使導電層4之上表面與太陽電池5電性連接。而上述不同導電膜2、導電層4以及太陽電池5之連接方式，則依電學通常之串聯方式進行相對應的連接。

導電層4之基本結構為填充絕緣層3之穿透孔30，使其上表面以及下表面能與其他元件達成電性連接；而相對照於第1、2圖所示之較佳實施例，如第3圖所示之另一較佳實施例係進一步往絕緣層3之上下兩側沿伸擴大，使導電層4之上表面之面積以及下表面之面積大於穿透孔之截面積。透過此結構，可以在開設較小的穿透孔30之條件下，仍然提供較大面積供與導電膜2以及太陽電池5電性連接，並且也較能確保導電層4與導電膜2以及太陽電池5之間的完整接觸。

基於前述揭示，請參考第4圖，本發明之太陽電池元件之封裝方法可整理為以下步驟：步驟S1：設置複數個導電膜於一玻璃基板之一玻璃表面之上，形成一基板模組；步驟S2：設置複數個導電層於一絕緣層之複數個穿透孔，並設置複數個太陽電池於該絕緣層之上，並與該些導電層之一上表面電性連接，形成一電池模組；以及 步驟S3：接合該電池模組以及該基板模組，使該電池模組設置於該基板模組之上，並使該些導電層之一下表面與該些導電膜電性連接。

在上述之步驟中，(可參考第2圖)製備基板模組71以及電池模組72之順序可為任意，也就是可分別地同時製作基板模組71以及電池模組72，然後再將兩者作接合，在製程上不需要對同一基板進行連續加工而依序完成所有元件的組裝，可節省大量的時間，提高生產效率。而在設置導電膜於玻璃基板之玻璃表面之上之步驟中，本發明係可使用網印、噴塗、電鍍、蒸鍍或濺鍍之方法；另外於接合電池模組以及基板模組之步驟中，則可使用導熱導電膠或導熱導電膠膏黏接或焊接之方法而接合兩者。經過重覆地接合板模組以及電池模組，即可組裝完成太陽電池陣列而構成完整的發電模組結構。

另外在材料的選用上，如前述結構之揭示，玻璃基板可用其它絕緣材取代，例如絕緣高分子基板；絕緣層可選用陶瓷基板；而導電層以及導電膜則使用銀、金、銅、鋁或錫等導電材。

綜上所述，本發明詳細揭示了一種太陽電池元件之封裝方法及其結構，其結合具有電路之玻璃基板以及具穿透孔的陶瓷基板，並利用具穿透孔的陶瓷基板將電極由正面轉移至背面，為一種可靠的封裝架構。本發明所提出之封裝架構可免除連接導線的使用，並妥善運用玻璃作為基材，發揮低碳排放、低成本和高耐候性的優勢。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本 發明實施之範圍，舉凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。

1‧‧‧玻璃基板

10‧‧‧玻璃表面

2‧‧‧導電膜

3‧‧‧絕緣層

4‧‧‧導電層

5‧‧‧太陽電池

6‧‧‧導電線

Claims (11)

1. 一種太陽電池元件之結構，其係包含：一玻璃基板，其一玻璃表面設置有複數個導電膜；一絕緣層，設置於該玻璃基板之上，其係包含複數個穿透孔，該些穿透孔係個別位於不同之該些導電膜之上；複數個導電層，設置於該些穿透孔，該些導電層之一下表面係與該些導電膜電性連接；以及複數個太陽電池，設置於該絕緣層之上，並與該些導電層之上表面電性連接，透過該導電膜電性連接該些個太陽電池。
2. 如申請專利範圍第1項所述之太陽電池元件之結構，其中該絕緣層係由至少一陶瓷基板所組成。
3. 如申請專利範圍第2項所述之太陽電池元件之結構，其中該陶瓷基板之材料為氧化鋁或氮化鋁。
4. 如申請專利範圍第1項所述之太陽電池元件之結構，其中該導電層之上表面之面積係大於該些穿透孔之截面積。
5. 如申請專利範圍第1項所述之太陽電池元件之結構，其中該些導電層之下表面之面積係大於該些穿透孔之截面積。
6. 如申請專利範圍第1項所述之太陽電池元件之結構，其更包含複數個導電線，任一該些導電線係與任一該些太陽電池及其相鄰之該些導電層電性連接。
7. 一種太陽電池元件之結構，其係包含：一絕緣高分子基板，其一絕緣高分子表面設置有複數個導電膜； 一絕緣層，設置於該絕緣高分子基板之上，其係包含複數個穿透孔，該些穿透孔個別係位於不同該些導電膜之上；複數個導電層，設置於該些穿透孔，該些導電層之一下表面係與該些導電膜電性連接；以及複數個太陽電池，設置於該絕緣層之上，並與該些導電層之上表面電性連接，透過該導電膜電性連接該些個太陽電池。
8. 一種如申請專利範圍第1項所述之太陽電池元件之結構之封裝方法，其係包含步驟：設置複數個導電膜於一玻璃基板之一玻璃表面之上，形成一基板模組；設置複數個導電層於一絕緣層之複數個穿透孔，並設置複數個太陽電池於該絕緣層之上，並與該些導電層之一上表面電性連接，形成一電池模組；以及接合該電池模組以及該基板模組，使該電池模組設置於該基板模組之上，並使該些導電層之一下表面與該些導電膜電性連接；其中，製備該基板模組以及該電池模組之順序可為任意。
9. 如申請專利範圍第8項所述之太陽電池元件之結構之封裝方法，其中於設置該些導電膜於該玻璃基板之該玻璃表面之上之步驟中，係使用網印、噴塗、電鍍、蒸鍍或濺鍍之方法。
10. 如申請專利範圍第8項所述之太陽電池元件之結構之封裝方法，其中於接合該電池模組以及該基板模組之步驟中，係使用導熱導電膠黏接或焊接之方法。
11. 一種如申請專利範圍第7項所述之太陽電池元件之結構之封裝方法，其係包含步驟：設置複數個導電膜於一絕緣高分子基板之一絕緣高分子表面之上 ，形成一基板模組；設置複數個導電層於一絕緣層之複數個穿透孔，並設置複數個太陽電池於該絕緣層之上，並與該些導電層之一上表面電性連接，形成一電池模組；以及接合該電池模組以及該基板模組，使該電池模組設置於該基板模組之上，並使該些導電層之一下表面與該些導電膜電性連接；其中，製備該基板模組以及該電池模組之順序可為任意。